Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL) использовали многослойную трехмерную печать для создания специально подобранной градиентной стеклянной оптики с показателем преломления, которая могла бы сделать лучшие военные специализированные очки и очки виртуальной реальности.

Новый метод может достичь различных традиционных и нетрадиционных оптических функций в плоском стеклянном компоненте (без кривизны поверхности), предлагая новую универсальность оптического дизайна в экологически стабильных стеклянных материалах.

Команда смогла адаптировать градиент в композициях материалов, активно контролируя соотношение двух различных стеклообразующих паст или "чернил", смешанных вместе в ряд, используя метод прямого письма чернилами (DIW) 3-D печати. После того как изменяющаяся по составу оптическая заготовка построена с использованием DIW, она затем уплотняется до стекла и может быть закончена с помощью обычной оптической полировки.

"Изменение состава материала приводит к изменению показателя преломления, как только мы преобразуем его в стекло",-говорит ученый LLNL Ребекка Дилла-Спирс, ведущий автор статьи, появившейся сегодня в журнале Science Advances.

Проект начался в 2016 году, когда команда начала искать способы использования аддитивного производства для развития оптики и оптических систем. Поскольку аддитивное производство дает возможность контролировать как структуру, так и состав, оно открыло новый путь к производству стеклянных линз с градиентным показателем преломления.

Градиентная оптика с показателем преломления (GRIN) является альтернативой традиционной готовой оптике. Оптика GRIN содержит пространственный градиент в составе материала, который обеспечивает градиент в показателе преломления материала, изменяя способ прохождения света через среду. Линза усмешки может иметь плоскую поверхность, но все же выполнять ту же оптическую функцию, что и эквивалентная обычная линза.

Оптика усмешки уже существует в природе из-за эволюции глазных линз. Примеры можно найти у большинства видов, где изменение показателя преломления в хрусталике глаза определяется различной концентрацией структурных белков.

Возможность полностью пространственно контролировать состав материала и оптическую функциональность обеспечивает новые возможности для оптической конструкции GRIN. Например, в одном оптическом приборе может быть реализовано несколько функций, таких как фокусировка в сочетании с коррекцией общих оптических аберраций. Кроме того, было показано, что использование оптики с комбинированной кривизной поверхности и градиентами показателя преломления имеет потенциал для уменьшения размеров и веса оптических систем.

Путем портняжничать индекс, изогнутую оптику можно заменить с плоской поверхностью, которая смогла уменьшить цены отделки. Кривизна поверхности также может быть добавлена для манипулирования светом с использованием как объемных, так и поверхностных эффектов.

Новый метод также может сэкономить вес в оптических системах. Например, крайне важно, чтобы оптика, используемая солдатами в полевых условиях, была легкой и портативной.

"Это первый раз, когда мы объединили два различных стеклянных материала с помощью трехмерной печати и продемонстрировали их функцию в качестве оптического элемента. Хотя этот подход был продемонстрирован для GRIN, он может быть использован и для адаптации других материалов или оптических свойств",-сказала Дилла-Спирс.

ИСТОЧНИК